Chapitre 11Microéconomie avancée

Introduction

Le chapitre 6 a introduit la théorie du consommateur par la maximisation de l'utilité et le lagrangien. Ce chapitre abandonne la béquille des formes fonctionnelles spécifiques et construit la théorie à partir de fondements axiomatiques. Nous posons les questions : quand les préférences peuvent-elles être représentées par une fonction d'utilité ? Quelles propriétés les fonctions de demande doivent-elles satisfaire ? Et sous quelles conditions un système de marchés concurrentiels alloue-t-il les ressources efficacement ?

Le changement de méthode est du calcul à la preuve. La partie II résolvait des problèmes d'optimisation. La partie III démontre des théorèmes — établissant quels résultats sont robustes et lesquels dépendent d'hypothèses spéciales.

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de :
  1. Énoncer les axiomes de préférence et les conditions de représentation par l'utilité
  2. Définir WARP et SARP et tester la cohérence de la préférence révélée
  3. Dériver la fonction de dépense et la demande hicksienne par la dualité
  4. Énoncer et vérifier les propriétés de la matrice de Slutsky
  5. Définir l'équilibre walrasien et démontrer le premier théorème du bien-être
  6. Énoncer le second théorème du bien-être et expliquer ses implications politiques

Prérequis : Chapitres 6–7. Prérequis mathématiques : bases d'analyse réelle (ensembles ouverts/fermés, continuité, théorèmes de point fixe), analyse convexe, algèbre matricielle. Voir Annexe A.

Littérature citée : Mas-Colell, Whinston & Green (MWG) ; Debreu Théorie de la Valeur ; Arrow & Debreu (1954) ; Varian Analyse microéconomique.

11.1 Théorie du choix : axiomes et représentation par l'utilité

Axiomes de préférence

Relation de préférence. Une relation binaire $\succsim$ sur un ensemble de consommation $X \subseteq \mathbb{R}^n_+$. On définit : $x \succ y$ (préférence stricte) si $x \succsim y$ et non $y \succsim x$ ; et $x \sim y$ (indifférence) si $x \succsim y$ et $y \succsim x$.

Les axiomes standards :

Axiome 1 (Complétude). Pour tout $x, y \in X$ : $x \succsim y$ ou $y \succsim x$ (ou les deux).
Axiome 2 (Transitivité). Pour tout $x, y, z \in X$ : si $x \succsim y$ et $y \succsim z$, alors $x \succsim z$.
Axiome 3 (Continuité). Pour tout $y \in X$, les ensembles $\{x : x \succsim y\}$ et $\{x : y \succsim x\}$ sont fermés. De manière équivalente, les ensembles de préférence stricte $\{x : x \succ y\}$ et $\{x : y \succ x\}$ sont ouverts.
Théorème (Debreu). Si $\succsim$ est complète, transitive et continue, alors il existe une fonction d’utilité continue $u: X \to \mathbb{R}$ telle que $x \succsim y \iff u(x) \geq u(y)$.

Esquisse de preuve. Fixons un rayon $\{te : t \geq 0\}$ où $e = (1,1,\ldots,1)$. Pour chaque $x$, par complétude et continuité, il existe un unique $t(x) \geq 0$ tel que $x \sim t(x)e$. Posons $u(x) = t(x)$. La transitivité assure la cohérence de la représentation ; la continuité assure que $u$ est continue.

La fonction d'utilité est ordinale — toute transformation monotone $v = g(u)$ avec $g' > 0$ représente les mêmes préférences. Les propriétés cardinales (magnitudes des différences d'utilité) sont dénuées de sens.

Propriétés supplémentaires

Monotonie (plus est mieux). Si $x \geq y$ (composante par composante) et $x \neq y$, alors $x \succ y$.
Convexité. Si $x \succsim y$, alors $\lambda x + (1-\lambda)y \succsim y$ pour tout $\lambda \in [0,1]$. La convexité signifie que les courbes d’indifférence sont convexes vers l’origine — le consommateur préfère les mélanges.
Convexité stricte. Si $x \succsim y$, $x \neq y$, et $\lambda \in (0,1)$, alors $\lambda x + (1-\lambda)y \succ y$. La convexité stricte garantit l’unicité des paniers optimaux.
Exemple 11.1a — Vérification des axiomes de préférence

Considérons les préférences lexicographiques sur $\mathbb{R}^2_+$ : $x \succ y$ si $x_1 > y_1$, ou $x_1 = y_1$ et $x_2 > y_2$.

Complétude : Satisfaite — pour tout $x, y$, soit $x_1 > y_1$, $y_1 > x_1$, ou $x_1 = y_1$ et on compare $x_2, y_2$.

Transitivité : Satisfaite — si $x \succ y$ et $y \succ z$, alors $x \succ z$ (découle de la transitivité de $>$ sur $\mathbb{R}$).

Continuité : Échoue. Considérons $y = (1, 1)$. L'ensemble $\{x : x \succ y\}$ contient $(1, 1.5)$ mais pas $(0.999, 100)$. L'ensemble « au moins aussi bon » n'est pas fermé — il y a un saut à $x_1 = 1$.

Conséquence : Aucune fonction d'utilité continue ne représente les préférences lexicographiques. Cela montre que la continuité est essentielle pour le théorème de représentation par l'utilité de Debreu.

11.2 Préférence révélée

Au lieu de supposer des préférences, nous pouvons les inférer à partir des choix observés.

Axiome faible de la préférence révélée (WARP). Si le panier $x$ est choisi lorsque le panier $y$ est abordable (i.e., $p \cdot x \geq p \cdot y$), alors $y$ n’est jamais choisi lorsque $x$ est abordable.

Formellement : si $x$ est révélé préféré à $y$ ($xRy$ : $x$ choisi aux prix où $y$ était abordable), alors $y$ n'est pas révélé préféré à $x$.

Axiome fort de la préférence révélée (SARP). La relation de préférence révélée n’a pas de cycles : il n’existe aucune séquence $x^1 R x^2 R \cdots R x^k R x^1$.

SARP est nécessaire et suffisant pour que les choix observés soient cohérents avec la maximisation de l'utilité (théorème d'Afriat). WARP est nécessaire mais pas suffisant en général (bien qu'il soit suffisant avec deux biens).

Exemple 11.1 — Vérification de WARP

Les choix d'un consommateur dans deux situations prix-revenu :

SituationPrix $(p_1, p_2)$Panier choisi $(x_1, x_2)$Dépense
A(1, 2)(4, 2)8
B(2, 1)(2, 4)8

Vérification de WARP : Aux prix A, le consommateur pouvait-il s'offrir le panier B ? \$1(2) + 2(4) = 10 > 8$. Non. Aux prix B, le consommateur pouvait-il s'offrir le panier A ? \$1(4) + 1(2) = 10 > 8$. Non. WARP est satisfait — les données sont cohérentes avec la maximisation de l'utilité.

Interactif : vérificateur de préférence révélée

Entrez des vecteurs de prix et des paniers choisis pour jusqu'à 6 observations. Le vérificateur testera WARP et SARP automatiquement.

Obs.$p_1$$p_2$$x_1$$x_2$Dépense
1 8.0
2 8.0
3 6.0
4
5
6
Click "Check WARP & SARP" to analyze the data.

Interactif 11.1. Entrez des observations prix-panier et testez la cohérence de la préférence révélée. WARP vérifie les inversions directes par paires ; SARP vérifie les cycles de toute longueur. Les violations sont mises en évidence avec des explications.

Grande Question n°4

Les gens sont-ils rationnels ?

You now have the formal content of "rationality": completeness, transitivity, continuity — the axioms required for utility functions to exist — and WARP/SARP, which make rationality empirically testable from observed choices.

Ce que dit le modèle

Rational choice is now precise: complete + transitive + continuous preferences guarantee a utility function exists (Debreu's representation theorem). WARP and SARP give empirical tests — if you chose bundle $A$ when $B$ was affordable, you should never choose $B$ when $A$ is affordable at those prices. Violations of SARP are violations of rationality, full stop. The entire apparatus of welfare economics — the welfare theorems you'll prove in §11.6–11.7, the duality framework in §11.3–11.4, mechanism design in Chapter 12 — requires these axioms. Without them, utility functions don't exist, consumer surplus is undefined, and "efficiency" loses its formal meaning.

La contre-argumentation la plus forte

Completeness is implausible for complex choices — people genuinely don't have well-defined preferences over all possible bundles (Sen 1997). Transitivity fails systematically: preference reversals between gambles (Grether & Plott 1979) are robust and replicable across decades of experiments. Context dependence — decoy effects, framing effects, anchoring — violates the independence of irrelevant alternatives that WARP requires. The Allais paradox shows that expected utility's independence axiom fails even among trained decision theorists. These aren't occasional lapses by confused subjects; they're systematic patterns that survive incentives, experience, and high stakes. If the axioms fail, the utility function doesn't exist, and welfare analysis — which depends on maximizing a well-defined objective — loses its foundations entirely.

Comment le courant dominant a répondu

The mainstream response is twofold. First, at the individual level, violations are real but the stakes in most laboratory experiments are trivial — people may satisfice over small gambles but optimize over consequential decisions (mortgages, career choices, firm strategy). Second, at the market level, competition and selection may eliminate irrational agents: Alchian (1950) and Friedman (1953) argued that firms behaving as if they maximize profits survive, regardless of their actual decision process. The "as if" defense says that even if individuals aren't literally maximizing utility, markets behave as if they were — because competitive pressure weeds out consistently irrational behavior. This defense is powerful but depends on the speed and completeness of market discipline.

Le jugement (à ce niveau)

The axioms are best understood as a benchmark, not a description of how people actually decide. They tell you what consistency requires, and deviations from them are informative — they point to specific psychological mechanisms (loss aversion, probability weighting, framing effects, present bias) that can themselves be modeled formally. The revealed preference framework is valuable precisely because it's testable: SARP doesn't ask whether people feel rational, it checks whether their choices are consistent. The question is whether the violations that laboratory experiments document survive the aggregation and competition of real markets.

Ce que vous ne pouvez pas encore résoudre

The "as if" defense works only if markets discipline irrational behavior quickly. But does arbitrage actually eliminate biases, or can noise traders survive and move prices? Come back in Chapter 19 (§19.1–19.2, §19.8), where prospect theory provides a formal alternative to expected utility, and behavioral finance tests whether biases survive in the one market — financial markets — where you'd most expect them to be eliminated. The DSSW noise trader model and limits-to-arbitrage literature give the surprising answer.

Prises de position liées

Prise de position

'Libertarian paternalism is just paternalism with better PR' — Gilles Saint-Paul, The Tyranny of Utility

Saint-Paul argues the internal logic of behavioral economics points toward hard paternalism, not the gentle kind. If people violate the axioms systematically, who decides what "better" means?

Intermédiaire
Prise de position

"Every billionaire is a policy failure" — viral slogan, popularized by Dan Riffle / AOC's office

The viral slogan meets the First Welfare Theorem. Some fortunes are market failures; others are surplus creation. The word "every" is where the claim breaks.

Avancé
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Grande Question n°4

Les gens sont-ils rationnels ?

BQ #4 gets formal — you can now test rationality axiomatically. Completeness, transitivity, and WARP/SARP give precise conditions. Lab experiments show systematic violations. The question becomes: do violations matter for market outcomes?

Explore this question →

11.3 Dualité : fonction de dépense et demande hicksienne

Le chapitre 6 a résolu le problème primal : maximiser l'utilité sous contrainte budgétaire. Le problème dual minimise la dépense pour atteindre un niveau d'utilité cible.

Le problème de minimisation de la dépense

Fonction de dépense. $e(p, \bar{u}) = \min_{x \geq 0} p \cdot x$ sous la contrainte $u(x) \geq \bar{u}$. Elle donne le coût minimum pour atteindre le niveau d’utilité $\bar{u}$ aux prix $p$. La fonction de dépense est homogène de degré 1 en prix et concave en prix.
$$e(p, \bar{u}) = \min_{x \geq 0} \; p \cdot x \quad \text{subject to} \quad u(x) \geq \bar{u}$$ (Eq. 11.1)
Demande hicksienne (compensée). La fonction de demande $h(p, \bar{u})$ qui résout le problème de minimisation des dépenses. Elle montre comment la consommation répond aux changements de prix à utilité constante. Contrairement à la demande marshallienne, la demande hicksienne isole l’effet de substitution pur.

La solution est la demande hicksienne (compensée) $h(p, \bar{u})$ :

Lemme de Shephard. La demande hicksienne peut être récupérée directement de la fonction de dépense par différentiation : $h_i(p, \bar{u}) = \partial e(p, \bar{u}) / \partial p_i$. C’est l’analogue dual de l’identité de Roy.
$$h_i(p, \bar{u}) = \frac{\partial e(p, \bar{u})}{\partial p_i} \quad \text{(Shephard's lemma)}$$ (Eq. 11.2)

Propriétés de la fonction de dépense

  1. Homogène de degré 1 en $p$ : $e(tp, \bar{u}) = te(p, \bar{u})$
  2. Non décroissante en $p$ : Des prix plus élevés signifient plus de dépense pour atteindre $\bar{u}$
  3. Concave en $p$ : $e(\lambda p + (1-\lambda)p', \bar{u}) \geq \lambda e(p, \bar{u}) + (1-\lambda)e(p', \bar{u})$
  4. Non décroissante en $\bar{u}$ : Une utilité cible plus élevée signifie plus de dépense

Connexion entre primal et dual

La fonction d'utilité indirecte $V(p, m)$ donne l'utilité maximale atteignable aux prix $p$ avec le revenu $m$ :

$$V(p, m) = \max_{x} \; u(x) \quad \text{s.t.} \quad p \cdot x \leq m$$

Les relations de dualité clés :

$$e(p, V(p, m)) = m$$ (Eq. 11.3)
$$V(p, e(p, \bar{u})) = \bar{u}$$ (Eq. 11.4)
$$h(p, \bar{u}) = x(p, e(p, \bar{u}))$$ (Eq. 11.5)
Identité de Roy. La demande marshallienne peut être récupérée de la fonction d’utilité indirecte : $x_i(p, m) = -(\partial V / \partial p_i) / (\partial V / \partial m)$. Une hausse de prix réduit le bien-être proportionnellement à la quantité consommée, ajustée par l’utilité marginale du revenu.

L'identité de Roy fournit un raccourci pour dériver la demande marshallienne à partir de la fonction d'utilité indirecte :

$$x_i(p, m) = -\frac{\partial V / \partial p_i}{\partial V / \partial m}$$ (Eq. 11.6)

Intuition de l'identité de Roy : Une petite augmentation de $p_i$ a deux effets sur le bien-être (mesuré par $V$) : (1) elle réduit directement l'utilité en rendant le bien $i$ plus cher (le numérateur $\partial V/\partial p_i < 0$), et (2) l'ampleur de cet effet est proportionnelle à la quantité de bien $i$ achetée par le consommateur ($x_i$) fois l'utilité marginale du revenu ($\partial V/\partial m$). Diviser (1) par l'utilité marginale du revenu donne la quantité de bien $i$.

Exemple 11.2 — Dualité CES

Utilité CES : $u(x_1, x_2) = (x_1^\rho + x_2^\rho)^{1/\rho}$, $\rho < 1$, $\rho \neq 0$.

La fonction de dépense est : $e(p, \bar{u}) = \bar{u} \cdot (p_1^r + p_2^r)^{1/r}$ où $r = \rho/(\rho - 1)$.

Demande hicksienne (lemme de Shephard) : $h_i = \bar{u} \cdot p_i^{r-1} / (p_1^r + p_2^r)^{(r-1)/r}$.

Quand $\rho \to 0$ (élasticité de substitution $\sigma = 1/(1-\rho) \to 1$), cela converge vers le cas Cobb-Douglas.

Interactif : explorateur de dualité

Utilité Cobb-Douglas $u = x_1^{0.5} x_2^{0.5}$ avec revenu $m = 10$. Faites glisser $p_1$ pour voir comment les trois représentations — tangence de la droite de budget, demande marshallienne et fonction de dépense — encodent la même information.

\$1.50 \$1.00 \$1.00
At $p_1 = 2.00$: Marshallian: $x_1^* = 2.50$, $x_2^* = 2.50$  |  $V(p, m) = 2.50$  |  $e(p, \bar{u}) = 10.00$

Interactif 11.2. Trois vues du même consommateur. Gauche : courbe d'indifférence tangente à la droite de budget (primal). Centre : demande marshallienne du bien 1 en fonction de $p_1$. Droite : fonction de dépense $e(p_1, p_2, \bar{u})$ nécessaire pour atteindre le niveau d'utilité actuel. Les trois encodent les mêmes préférences.

11.4 La matrice de Slutsky

Matrice de Slutsky. La matrice $n \times n$ $S$ avec éléments $S_{ij} = \partial h_i / \partial p_j$, mesurant les effets de substitution entre biens. Si la demande est générée par la maximisation de l’utilité, $S$ doit être symétrique et semi-définie négative. Ce sont des restrictions testables sur la demande observée.

L'équation de Slutsky du chapitre 6 (Éq. 6.7) se généralise en matrice. Définissons la matrice de Slutsky (substitution) avec les éléments :

$$S_{ij} = \frac{\partial h_i}{\partial p_j} = \frac{\partial x_i}{\partial p_j} + x_j \frac{\partial x_i}{\partial m}$$ (Eq. 11.7)

Propriétés de la matrice de Slutsky

Si la demande est générée par la maximisation de l'utilité, la matrice de Slutsky doit être :

  1. Symétrique : $S_{ij} = S_{ji}$ (les effets de substitution croisés sont égaux)
  2. Semi-définie négative : $v'Sv \leq 0$ pour tout vecteur $v$ (les effets de substitution propres sont non positifs : $S_{ii} \leq 0$)
  3. $S \cdot p = 0$ : La demande compensée est homogène de degré zéro en prix

Ce sont des restrictions testables — si la demande observée les viole, elle ne peut pas avoir été générée par un consommateur rationnel maximisant une fonction d'utilité bien comportée.

Intégrabilité. Réciproquement, si un système de demande satisfait : (a) la loi de Walras ($p \cdot x(p,m) = m$), (b) l’homogénéité de degré zéro, (c) la symétrie et la semi-définie négative de Slutsky — alors il existe une fonction d’utilité qui la génère. C’est le théorème d’intégrabilité.
Exemple 11.3 — Symétrie de Slutsky pour Cobb-Douglas

Demande Cobb-Douglas : $x_1 = am/p_1$, $x_2 = (1-a)m/p_2$.

$S_{12} = \partial x_1/\partial p_2 + x_2 \cdot \partial x_1/\partial m = 0 + [(1-a)m/p_2] \cdot [a/p_1] = a(1-a)m/(p_1 p_2)$

$S_{21} = \partial x_2/\partial p_1 + x_1 \cdot \partial x_2/\partial m = 0 + [am/p_1] \cdot [(1-a)/p_2] = a(1-a)m/(p_1 p_2)$

$S_{12} = S_{21}$ ✓

Interactif : décomposition de Slutsky (avancé)

Ajustez le prix du bien 1 pour voir comment la demande marshallienne, la demande hicksienne (compensée) et l'effet de revenu réagissent. Utilise l'utilité Cobb-Douglas $u(x_1,x_2)=x_1^a x_2^{1-a}$ avec $a=0,6$, $p_2=3$, $m=120$.

1 (moins cher)4 (plus cher)

Figure 11.2. Gauche : décomposition de Slutsky dans l'espace des biens. Le panier original (bleu), le panier compensé (orange, sur la courbe d'indifférence originale aux nouveaux prix), et le nouveau panier (vert). L'effet de substitution va du bleu à l'orange ; l'effet de revenu va de l'orange au vert. Droite : éléments de la matrice de Slutsky $S_{11}$ et $S_{12}$ en fonction de $p_1$, confirmant la semi-définitude négative ($S_{11} \leq 0$) et la symétrie.

11.5 Équilibre général : équilibre walrasien

Économie d'échange

Économie d'échange. Une économie avec $I$ consommateurs et $L$ biens mais sans production. Chaque consommateur a une dotation initiale $\omega_i$ et des préférences $\succsim_i$. L’échange se fait aux prix du marché ; la question est de savoir s’il existe un ensemble de prix qui équilibre tous les marchés simultanément.

Considérons une économie avec $I$ consommateurs et $L$ biens. Le consommateur $i$ a une dotation $\omega_i \in \mathbb{R}^L_+$ et des préférences $\succsim_i$.

Aux prix $p$, la richesse du consommateur $i$ est $m_i = p \cdot \omega_i$. Il demande $x_i(p, m_i)$.

Équilibre walrasien (concurrentiel). Un vecteur de prix $p^*$ et une allocation $(x_1^*, \ldots, x_I^*)$ tels que : (1) Chaque consommateur maximise son utilité : $x_i^*$ résout $\max u_i(x_i)$ s.c. $p^* \cdot x_i \leq p^* \cdot \omega_i$ ; (2) Les marchés s’équilibrent : $\sum_i x_i^* = \sum_i \omega_i$.

Excès de demande agrégé :

$$z(p) = \sum_i x_i(p, p \cdot \omega_i) - \sum_i \omega_i$$ (Eq. 11.8)

L'équilibre exige $z(p^*) = 0$.

Loi de Walras. Pour tout vecteur de prix $p$ : $p \cdot z(p) = 0$. La valeur totale de la demande excédentaire est toujours nulle. Cela découle de l’épuisement du budget : $p \cdot x_i = p \cdot \omega_i$ pour chaque consommateur.

Implications : (1) Si $L - 1$ marchés s'équilibrent, le $L$-ième s'équilibre automatiquement. (2) Seuls les prix relatifs importent — on peut normaliser un prix à 1 (le numéraire).

Existence

Théorème (Arrow-Debreu, 1954). Sous des conditions standard (préférences continues, strictement convexes, localement non satiées ; dotation globale positive de chaque bien), un équilibre walrasien existe.

Stratégie de preuve (esquisse). Normalisons les prix sur le simplexe unitaire $\Delta$. Définissons une application d'ajustement des prix $f: \Delta \to \Delta$ qui augmente le prix des biens en excès de demande. Par le théorème du point fixe de Brouwer, $f$ a un point fixe $p^*$. Au point fixe, $z(p^*) = 0$ — tous les marchés s'équilibrent.

La boîte d'Edgeworth

Boîte d'Edgeworth. Un diagramme pour une économie d’échange à 2 consommateurs et 2 biens. Les dimensions de la boîte égalent les dotations totales. L’origine du consommateur 1 est en bas à gauche, celle du consommateur 2 en haut à droite. Chaque point de la boîte est une allocation réalisable ; la courbe des contrats relie tous les points Pareto-efficients (tangences des courbes d’indifférence).

Pour une économie à 2 consommateurs et 2 biens, la boîte d'Edgeworth fournit une visualisation complète. Les dimensions de la boîte sont égales aux dotations totales. L'origine du consommateur 1 est en bas à gauche, celle du consommateur 2 en haut à droite. Chaque point de la boîte est une allocation réalisable.

Interactif : boîte d'Edgeworth

Deux consommateurs avec des préférences Cobb-Douglas. Déplacez le point de dotation pour explorer comment l'équilibre walrasien, la courbe des contrats et le noyau changent.

15 (total x = 10)9
14 (total y = 8)7
Endowment: C1 = (6, 2), C2 = (4, 6)  |  Équilibre: $p_x/p_y = 1.00$, C1 gets (5.0, 5.0)

Figure 11.1 (Interactif). La boîte d'Edgeworth. Le point orange est la dotation. Le point vert est l'équilibre walrasien. La courbe rouge est la courbe des contrats (toutes les allocations Pareto-efficientes). La zone ombrée du cœur montre les allocations que les deux consommateurs préfèrent à la dotation. La droite de budget passe par la dotation avec une pente $-p_x/p_y$.

Exemple 11.4 — Économie d'échange symétrique

Consommateur 1 : $u_1 = x_1^{1/2}y_1^{1/2}$, dotation $(4, 0)$. Consommateur 2 : $u_2 = x_2^{1/2}y_2^{1/2}$, dotation $(0, 4)$.

L'équilibre de marché donne $p_x = p_y$, et l'allocation d'équilibre est $x_1^* = y_1^* = 2$, $x_2^* = y_2^* = 2$.

Chaque consommateur échange la moitié de sa dotation contre l'autre bien, finissant avec des quantités égales des deux biens.

11.6 Le premier théorème du bien-être

Premier théorème du bien-être. Si les préférences sont localement non satiées, alors toute allocation d’équilibre walrasien est Pareto optimale.
Pareto optimal (efficient). Une allocation $x^*$ est Pareto optimale s'il n'existe pas d'autre allocation réalisable $x'$ telle que $u_i(x'_i) \geq u_i(x_i^*)$ pour tout $i$ et $u_j(x'_j) > u_j(x_j^*)$ pour un certain $j$.

Preuve. Nous procédons par contradiction. Supposons que l'allocation d'équilibre walrasien $x^*$ aux prix $p^*$ n'est pas Pareto optimale. Alors il existe une allocation réalisable $x'$ avec tout le monde au moins aussi bien loti et quelqu'un strictement mieux loti.

Étape 1. Pour le consommateur $j$ qui est strictement mieux loti : puisque $x_j^*$ maximisait l'utilité et $x_j'$ est strictement préféré, $x_j'$ devait être inabordable : $p^* \cdot x_j' > p^* \cdot \omega_j$.

Étape 2. Pour tout consommateur $i$ : par non-satiété locale, $p^* \cdot x_i' \geq p^* \cdot \omega_i$.

Étape 3. En sommant : $\sum_i p^* \cdot x_i' > \sum_i p^* \cdot \omega_i$.

Étape 4. Mais la faisabilité exige $\sum_i x_i' = \sum_i \omega_i$, donnant $\sum_i p^* \cdot x_i' = \sum_i p^* \cdot \omega_i$. Contradiction. $\square$

La preuve n'utilise que la non-satiété locale et l'épuisement du budget. Elle ne nécessite ni convexité, ni différentiabilité, ni forme fonctionnelle spécifique. Cette généralité est ce qui rend le théorème puissant.

Interprétation. Le premier théorème du bien-être est l'énoncé formel de la « main invisible » d'Adam Smith. Les marchés concurrentiels produisent une allocation qu'aucun réarrangement ne peut améliorer sans détériorer la situation de quelqu'un. Mais les hypothèses (marchés complets, comportement preneur de prix, pas d'externalités, pas de biens publics, information complète) définissent exactement quand la main invisible échoue.

Exemple 11.6 — Premier théorème du bien-être dans une économie à 2 consommateurs

Consommateur 1 : $u_1 = x_1^{1/2}y_1^{1/2}$, dotation $(4, 0)$. Consommateur 2 : $u_2 = x_2^{1/2}y_2^{1/2}$, dotation $(0, 4)$.

D'après l'exemple 11.4, l'équilibre est $x_1^* = y_1^* = x_2^* = y_2^* = 2$ à $p_x = p_y$.

Vérification de l'optimalité de Pareto : À l'équilibre, $MRS_1 = y_1/x_1 = 1$ et $MRS_2 = y_2/x_2 = 1$. Puisque $MRS_1 = MRS_2 = p_x/p_y$, les courbes d'indifférence sont tangentes — l'allocation est sur la courbe des contrats.

Vérification de l'absence d'amélioration parétienne : Toute réallocation donnant au consommateur 1 plus du bien $x$ (disons $x_1 = 3$) nécessite $x_2 = 1$. Alors $u_1 = \sqrt{3 \cdot y_1}$ et $u_2 = \sqrt{1 \cdot y_2}$ avec $y_1 + y_2 = 4$. Pour que le consommateur 1 gagne ($u_1 > \sqrt{4} = 2$), il faut \$1y_1 > 4$, donc $y_1 > 4/3$, laissant $y_2 < 8/3$, donnant $u_2 = \sqrt{8/3} < 2 = u_2^*$. Le consommateur 2 est moins bien loti. Aucune amélioration parétienne n'existe.

Interactif : visualisation du premier théorème du bien-être

L'équilibre walrasien se situe sur la courbe des contrats (Pareto-efficient). Activez « Améliorations de Pareto ? » pour vérifier : à l'équilibre, la région en forme de lentille où les deux consommateurs peuvent gagner est vide. À la dotation, elle ne l'est pas.

At the Walrasian equilibrium: No Pareto improvements exist — the lens-shaped region is empty. This IS the First Welfare Theorem.

Interactif 11.3. Basculez entre la vue de l'équilibre (où aucune amélioration parétienne n'existe) et la dotation (où la lentille ombrée montre les échanges mutuellement bénéfiques). La position de l'équilibre sur la courbe des contrats prouve visuellement l'efficience.

Prise de position

"Every billionaire is a policy failure" — viral slogan, popularized by Dan Riffle / AOC's office

Dan Riffle, AOC's former policy aide, turned this line into a social media mantra — shared millions of times, printed on T-shirts, chanted at rallies. The claim is stark: billionaires don't exist because they created extraordinary value. They exist because the system is broken — tax loopholes, monopoly power, rigged rules. The First Welfare Theorem you just proved gives you the tools to test this precisely: does extreme wealth concentration represent the market working correctly (and we just dislike the endowment), or the market failing (and efficiency is not achieved)?

Avancé

11.7 Le second théorème du bien-être

Second théorème du bien-être. Sous des hypothèses de convexité (préférences convexes, ensembles de production convexes), toute allocation Pareto optimale peut être atteinte comme équilibre walrasien — après une redistribution appropriée des dotations (transferts forfaitaires de richesse).

Interprétation. Le second théorème du bien-être dit que l'efficience et l'équité sont des problèmes séparables. La société peut choisir n'importe quelle distribution Pareto-efficiente en deux étapes :

  1. Redistribuer les dotations par des transferts forfaitaires
  2. Laisser les marchés opérer à partir des nouvelles dotations

Les marchés produiront alors un équilibre concurrentiel qui est à la fois efficient (par le premier théorème du bien-être) et atteint la distribution souhaitée.

Pourquoi c'est important pour la politique. Ne distordez pas les marchés pour atteindre l'équité (cela sacrifie l'efficience). Utilisez plutôt des transferts forfaitaires pour redistribuer, puis laissez les marchés fonctionner. L'implication de droite : laissez les marchés opérer librement. L'implication de gauche : redistribuez autant que vous le souhaitez. Les deux peuvent être atteints simultanément — en théorie.

Pourquoi cela échoue en pratique. Les transferts forfaitaires nécessitent des informations sur les types des individus que le gouvernement ne possède pas. La redistribution réelle utilise des taxes distorsives (revenu, plus-values, patrimoine) qui modifient les incitations et créent des pertes sèches. Ce problème d'information est le sujet de la conception de mécanismes (chapitre 11) et de la fiscalité optimale (chapitre 16).

Équivalence du cœur

Dans les grandes économies, l'ensemble des allocations du cœur (allocations qu'aucune coalition ne peut améliorer) se réduit à l'ensemble des allocations d'équilibre walrasien. C'est le théorème d'équivalence du cœur — l'équilibre concurrentiel est le seul résultat qui survit à la concurrence entre toutes les coalitions possibles.

L'entreprise de Maya

Nous modélisons le marché de limonade de Maya comme une économie d'échange à 2 consommateurs et 2 biens dans une boîte d'Edgeworth.

Configuration : Maya et Alex. Deux biens : limonade ($L$) et cookies ($C$). Maya commence avec 45 limonades et 0 cookies. Alex commence avec 0 limonades et 40 cookies.

Préférences : $u_M = L_M^{0.5}C_M^{0.5}$, $u_A = L_A^{0.3}C_A^{0.7}$.

L'équilibre de marché donne $p_L/p_C = 8/15 \approx 0.533$.

Équilibre : Maya : $(L_M, C_M) = (22.5, 12)$. Alex : $(L_A, C_A) = (22.5, 28)$.

Par le premier théorème du bien-être, cette allocation est Pareto optimale.

Le regard historique

Arrow-Debreu (1954) : la preuve d'existence. Kenneth Arrow et Gérard Debreu ont prouvé qu'un équilibre concurrentiel existe sous des hypothèses faibles (préférences convexes, pas d'externalités). En utilisant le théorème du point fixe de Kakutani, ils ont montré qu'un ensemble de prix existe qui équilibre tous les marchés simultanément — formalisant la « main invisible » d'Adam Smith deux siècles après La Richesse des Nations.

L'accomplissement mathématique était remarquable : réduire le problème à montrer qu'une certaine correspondance (l'excès de demande en fonction des prix) satisfait les conditions d'un point fixe. Le résultat ne nécessitait que la non-satiété locale et la convexité — pas la différentiabilité ni des formes fonctionnelles spécifiques.

La Théorie de la Valeur de Debreu (1959) a distillé ce cadre en un système axiomatique rigoureux, lui valant le prix Nobel en 1983. Arrow avait déjà reçu le Nobel en 1972 pour ses contributions plus larges à l'équilibre général et au choix social. Leur preuve d'existence reste le fondement mathématique de l'économie du bien-être et des deux théorèmes du bien-être démontrés dans ce chapitre.

Grande Question n°7

Les marchés allouent-ils les ressources efficacement ?

You now have the formal welfare theorems — the definitive statement of when and why competitive markets produce efficient outcomes, and the precise conditions under which any efficient outcome can be decentralized.

Ce que dit le modèle

The First Welfare Theorem delivers the strongest possible efficiency result: if preferences are locally nonsatiated and markets are complete and competitive, then every Walrasian equilibrium is Pareto optimal. You saw the proof — it works by contradiction, exploiting the fact that any Pareto improvement would require someone to afford a bundle they couldn't at equilibrium prices. The Second Welfare Theorem completes the picture: under convexity, any Pareto optimal allocation can be achieved as a competitive equilibrium after appropriate lump-sum redistribution of endowments. Together, these theorems say that the market mechanism is both sufficient for efficiency (First WT) and flexible enough to achieve any efficient outcome society desires (Second WT). The price system simultaneously solves the information problem (no planner needed) and the coordination problem (all markets clear).

La contre-argumentation la plus forte

The conditions of the First Welfare Theorem are exacting, and every one of them fails in important real-world markets. Complete markets require a market for every good, every state of the world, every date — this fails massively (you cannot buy insurance against most life risks, future markets are thin, contingent claims are incomplete). Price-taking fails in any market with significant firms (tech, pharma, airlines). No externalities fails for climate, pollution, network effects, and knowledge spillovers. Greenwald and Stiglitz (1986) proved the devastating result: whenever markets are incomplete — which is always — competitive equilibria are generically constrained-inefficient. That is, there exist interventions using only the same information and instruments available to markets that are Pareto improving. The theorem doesn't say markets are bad; it says the conditions for the First Welfare Theorem are a knife-edge that reality never hits.

Comment le courant dominant a répondu

The profession's relationship with the welfare theorems matured considerably after Greenwald-Stiglitz. The theorems are now understood not as claims that markets work, but as a diagnostic framework: they identify exactly which conditions must hold for efficiency, and deviations from those conditions point precisely to where intervention might help. The Second Welfare Theorem's promise — that you can separate efficiency from equity — is formally correct but practically hollow. Lump-sum transfers require the government to know each individual's type (ability, preferences, endowment) without distorting behavior. Any feasible transfer instrument (income tax, wealth tax, means-tested benefits) changes incentives and creates deadweight loss. This is the Mirrlees (1971) insight: optimal taxation is a constrained problem precisely because the Second Welfare Theorem's instrument doesn't exist.

Le jugement (à ce niveau)

The welfare theorems are the most important results in economics — not because they prove markets work, but because they identify exactly when and why markets work or fail. Understanding the theorems is prerequisite to intelligent intervention: every market failure is a specific violation of a specific condition. The First Welfare Theorem is a conditional claim, and the conditions rarely hold in full — but they hold approximately in enough settings to explain why markets coordinate as well as they do. The Second Welfare Theorem is theoretically beautiful and practically cruel: it tells you equity and efficiency are separable, then makes the separation instrument informationally infeasible. Real policy lives in the second-best world where every redistribution creates distortions.

Ce que vous ne pouvez pas encore résoudre

If markets fail when the welfare theorem conditions aren't met, is there a systematic way to design better institutions? The welfare theorems tell you when markets work but not what to do when they don't. Come back in Chapter 12 (§12.1–12.5), where mechanism design asks exactly this question. The revelation principle, VCG mechanisms, and matching markets show that economic theory can engineer efficient outcomes — sometimes outperforming both unregulated markets and blunt government intervention. That's the final stop on this question.

Prises de position liées

Prise de position

"Every billionaire is a policy failure" — viral slogan, popularized by Dan Riffle / AOC's office

The viral slogan meets the First Welfare Theorem. Some fortunes are market failures; others are surplus creation. The word "every" is where the claim breaks.

Avancé
Prise de position

"Healthcare is a human right, not a privilege" — Bernie Sanders, 2016 campaign rally

Sanders' viral rallying cry meets Arrow's 1963 paper. The moral force is real — but declaring a right doesn't solve the allocation problem.

Intermédiaire
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Grande Question n°7

Les marchés allouent-ils les ressources efficacement ?

BQ #7 now has its definitive answer — the welfare theorems say exactly when markets work. The First WT proves efficiency under competition; the Second WT promises any efficient outcome is achievable — but the instrument it requires doesn't exist in practice.

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Résumé

Équations clés

LibelléÉquationDescription
Éq. 11.1$e(p, \bar{u}) = \min p \cdot x$ s.t. $u(x) \geq \bar{u}$Minimisation de la dépense
Éq. 11.2$h_i = \partial e / \partial p_i$Lemme de Shephard
Éq. 11.3–11.4$e(p, V(p,m)) = m$; $V(p, e(p,\bar{u})) = \bar{u}$Identités de dualité
Éq. 11.5$h(p, \bar{u}) = x(p, e(p, \bar{u}))$Hicksienne = marshallienne au revenu compensé
Éq. 11.6$x_i = -(\partial V/\partial p_i)/(\partial V/\partial m)$Identité de Roy
Éq. 11.7$S_{ij} = \partial h_i/\partial p_j = \partial x_i/\partial p_j + x_j \partial x_i/\partial m$Élément de la matrice de Slutsky
Éq. 11.8$z(p) = \sum_i x_i(p) - \sum_i \omega_i$Excès de demande agrégé

Exercices

Pratique

  1. Les préférences sont définies par $x \succsim y \iff x_1 + x_2 \geq y_1 + y_2$. Vérifiez la complétude, la transitivité et la continuité. Écrivez une fonction d'utilité qui représente ces préférences.
  2. Un consommateur fait les choix suivants : aux prix (2, 1), il achète (3, 4) ; aux prix (1, 3), il achète (5, 1). Vérifiez WARP.
  3. Pour l'utilité Cobb-Douglas $u = x_1^{1/3}x_2^{2/3}$ : (a) dérivez la fonction de dépense, (b) vérifiez le lemme de Shephard, (c) vérifiez l'identité de Roy.
  4. Dans une économie d'échange à 2 consommateurs et 2 biens : $u_1 = x_1 y_1$, $\omega_1 = (6, 2)$ ; $u_2 = x_2 y_2$, $\omega_2 = (2, 6)$. Trouvez les prix et l'allocation d'équilibre walrasien.

Application

  1. La fonction de demande observée d'un consommateur est $x_1 = m/(p_1 + p_2)$ et $x_2 = m/(p_1 + p_2)$. (a) Vérifiez la loi de Walras. (b) Vérifiez l'homogénéité de degré zéro. (c) Calculez la matrice de Slutsky et vérifiez la symétrie et la semi-définitude négative. (d) Cette demande peut-elle être générée par la maximisation de l'utilité ?
  2. Expliquez pourquoi le premier théorème du bien-être ne s'applique pas à une économie avec des externalités (lien avec le chapitre 4). Identifiez l'hypothèse spécifique qui échoue.
  3. Le second théorème du bien-être dit que toute allocation efficiente peut être atteinte via des marchés concurrentiels avec des transferts forfaitaires. Expliquez pourquoi, en pratique, les gouvernements utilisent des taxes distorsives. Quel problème d'information rend les transferts forfaitaires irréalisables ?
  4. En utilisant la boîte d'Edgeworth, illustrez : (a) une allocation dans le cœur mais pas un équilibre concurrentiel, (b) une amélioration parétienne à partir du point de dotation, (c) pourquoi le point de dotation lui-même n'est généralement pas Pareto efficient.

Défi

  1. Prouvez que si la fonction de dépense $e(p, \bar{u})$ est concave en $p$, alors la matrice de Slutsky est semi-définie négative. (Indication : la hessienne d'une fonction concave est semi-définie négative, et $\partial^2 e/\partial p_i \partial p_j = \partial h_i/\partial p_j = S_{ij}$.)
  2. Prouvez le premier théorème du bien-être pour le cas à 2 consommateurs et 2 biens avec des préférences localement non satiées. Puis identifiez où la preuve échoue si un consommateur a des préférences satiées (un point de félicité).
  3. Dans une économie en boîte d'Edgeworth avec des préférences de Leontief ($u = \min(x, 2y)$) pour les deux consommateurs, un équilibre walrasien existe-t-il ? Si oui, trouvez-le. Sinon, expliquez quelle condition d'existence échoue.
  4. Énoncez précisément le théorème d'Afriat. En utilisant un jeu de données de 4 observations (vecteurs de prix et paniers choisis), construisez un exemple où WARP est satisfait mais SARP est violé.